Хаббл обнаружил первые свидетельства наличия водяного пара на Ганимеде

Предыдущие исследования предоставили косвенные доказательства того, что Ганимед, самая большая луна в Солнечной системе, содержит больше воды, чем все океаны Земли. При этом температура там настолько низкая, что вода на поверхности замерзает. Океан Ганимеда будет располагаться примерно на 100 миль ниже земной коры; следовательно, водяной пар – это не испарение океана.

Астрономы пересмотрели наблюдения Хаббла за последние два десятилетия, чтобы найти доказательства наличия водяного пара.

В 1998 году спектрограф космического телескопа Хаббла (STIS) получил первые ультрафиолетовые (УФ) изображения Ганимеда, которые показали на двух изображениях красочные ленты наэлектризованного газа - полярного сияния, и предоставили дополнительные доказательства того, что у Ганимеда есть слабое магнитное поле.

Сходство УФ-наблюдений объяснялось присутствием молекулярного кислорода (O2). Но некоторые наблюдаемые особенности не соответствовали ожидаемым выбросам из атмосферы чистого O2. В то же время ученые пришли к выводу, что это несоответствие связано с более высокими концентрациями атомарного кислорода (O).

В рамках большой программы наблюдений в поддержку миссии НАСА Juno в 2018 году Лоренц Рот из Королевского технологического института KTH в Стокгольме, Швеция, возглавил команду, которая намеревалась измерить количество атомарного кислорода с помощью телескопа Хаббл. Анализ команды объединил данные с двух инструментов: спектрографа космического происхождения Хаббла (COS) в 2018 году и архивные изображения, полученные с помощью спектрографа космического телескопа (STIS) с 1998 по 2010 год.

К их удивлению и вопреки первоначальной интерпретации данных 1998 года, они обнаружили, что в атмосфере Ганимеда почти не было атомарного кислорода. Это означает, что должно быть другое объяснение очевидных различий в УФ-изображениях полярных сияний.

Затем ученые внимательно изучили относительное распределение полярного сияния на УФ-изображениях. Температура поверхности Ганимеда сильно колеблется в течение дня, и около полудня вблизи экватора может стать достаточно тепло, чтобы поверхность льда высвободила (или сублимировала) небольшое количество молекул воды. Фактически, воспринимаемые различия в УФ-изображениях напрямую коррелируют с тем, где в атмосфере Луны можно ожидать воды.

«До сих пор наблюдался только молекулярный кислород», - пояснил Рот. «Это происходит, когда заряженные частицы разъедают поверхность льда. Водяной пар, который мы сейчас измерили, возникает в результате сублимации льда, вызванной тепловым выходом водяного пара из теплых ледяных областей».

Это открытие добавляет ожидания к предстоящей миссии ЕКА (Европейское космическое агентство) JUICE (JUpiter ICy moons Explorer). JUICE - первая миссия большого класса в программе ESA Cosmic Vision 2015-2025. Запланированный на запуск в 2022 году и прибытие к Юпитеру в 2029 году, она потратит не менее трех лет на подробные наблюдения Юпитера и трех его крупнейших спутников с особым упором на Ганимед как на планетное тело и потенциальную среду обитания.

Ганимед был выбран для детального исследования, поскольку представляет собой естественную лабораторию для анализа природы, эволюции и потенциальной обитаемости ледяных миров в целом, роли, которую он играет в системе галилеевых спутников, и его уникальных магнитных и плазменных взаимодействий с Юпитером и его окружением.

«Наши результаты предоставят инструментальным группам JUICE ценную информацию, которая может быть использована для уточнения планов наблюдений с целью оптимизации использования космического корабля», - добавил Рот.

Прямо сейчас миссия НАСА Juno внимательно изучает Ганимед и недавно выпустила новые изображения ледяной луны. Juno изучает Юпитер и его окружающую среду, также известную как система Юпитера, с 2016 года.

Понимание системы Юпитера и раскрытие ее истории, от происхождения до возможного появления пригодной для жизни среды, предоставит лучшее понимание того, как формируются и развиваются газовые планеты-гиганты и их спутники. Кроме того, ученые надеются найти новое понимание обитаемости экзопланетных систем, подобных Юпитеру.

Ученые использовали новые и архивные наборы данных космического телескопа НАСА Хаббл, опубликованное в журнале Nature Astronomy.